EP0749942A2 - Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser - Google Patents

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EP0749942A2
EP0749942A2 EP19960108070 EP96108070A EP0749942A2 EP 0749942 A2 EP0749942 A2 EP 0749942A2 EP 19960108070 EP19960108070 EP 19960108070 EP 96108070 A EP96108070 A EP 96108070A EP 0749942 A2 EP0749942 A2 EP 0749942A2
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EP
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basin
plant
biological treatment
waste water
wastewater
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EP19960108070
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Bernd Dr.-Ing. Diering
Andreas Dipl.-Ing. Diering
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
    • C02F3/1242—Small compact installations for use in homes, apartment blocks, hotels or the like
    • C02F3/1247—Small compact installations for use in homes, apartment blocks, hotels or the like comprising circular tanks with elements, e.g. decanters, aeration basins, in the form of segments, crowns or sectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/02—Settling tanks with single outlets for the separated liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/24—Feed or discharge mechanisms for settling tanks
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    • C02F3/02—Aerobic processes
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    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
    • C02F3/208—Membrane aeration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/301—Aerobic and anaerobic treatment in the same reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
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    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a plant for the biological treatment of wastewater, in particular municipal wastewater, in which the wastewater passes successively through several pools that are separated according to specific tasks.
  • the wastewater to be treated first arrives in an anaerobic zone in which carbon and phosphorus compounds are eliminated.
  • the carbon compounds are further eliminated and nitrogen is eliminated.
  • Nitrogen is eliminated in two stages in a denitrification and a nitrification zone.
  • the activated sludge-waste water mixture is circulated under anoxic conditions, i.e. there is no oxygen input.
  • the organic substances are oxidized to carbon dioxide and water by the microorganisms in the presence of nitrate as a source of oxygen.
  • the molecular nitrogen also generated during this process escapes from the water into the atmosphere.
  • the activated sludge is sedimented, cleared by means of the scraper bridge and returned to the anaerobic zone or the denitrification zone.
  • the excess sludge increment (excess sludge) is removed from the system.
  • the treatment zones are therefore divided into several treatment sections, i. H. several small pools, divided with increasing dilution of the substances to be eliminated.
  • the described construction method requires a considerable construction effort due to the segmentation into many individual pools. Each pool must also be equipped with its own circulation.
  • the return of the nitrate-containing activated sludge-wastewater mixture and the return sludge from the sedimentation basin requires complex pipe systems with correspondingly high pumping capacities, since long pipe routes have to be overcome.
  • the invention has for its object to provide a system of the type mentioned, the construction cost is significantly reduced compared to the previously known systems and also improved efficiency.
  • the object is achieved in that at least two annular basins are arranged concentrically around a circular sedimentation basin and all basins are built on a single continuous basin bottom and are connected to one another by means of pipes or overflows.
  • the system can be designed according to the invention in such a way that at least one ring-shaped basin is divided into two basin sections, with a basin section through which the waste water flows on the surface opposite to the direction of flow at the bottom of the basin.
  • this basin is provided with radial partition walls.
  • a directed plug flow is maintained in the basin surrounding the sedimentation basin by the construction described.
  • a plug flow ensures the highest biodegradation performance, as will be explained in more detail below.
  • At least one annular basin is equipped according to the invention with at least one ventilation system. This basin then serves to nitrify the wastewater through a high oxygen input.
  • both a compressed air ventilation system can be used as a ventilation device as well as another conventional ventilation system such as an injector ventilation system, a roller ventilation system or a membrane ventilation system.
  • the system can be designed according to the invention in such a way that at least one propulsion device for maintaining the flow is arranged in at least one annular basin.
  • the ventilation devices can be concentrated on individual sections or can be distributed along the circumference of the pool. Due to the superimposition of the introduced air with the horizontal flow, sufficient turbulence is achieved.
  • the ventilation devices can be switched off in times of low oxygen consumption (e.g. night operation).
  • the waste water is advantageously fed in via an inlet channel which leads to one of the annular basins.
  • the inlet trough can advantageously be provided with one or more slides, each of which allows the waste water to flow into the further annular basin or basins.
  • raw wastewater rich in carbon compounds can be mixed into the anaerobic and / or the denitrification or nitrification basin.
  • the wastewater is transferred from the annular basin which was last passed through to the sedimentation basin through a culvert pipe which opens into a distributor structure arranged centrally in the sedimentation basin.
  • At least one pump device is provided, with which the waste water from the annular basin last passed into the or the further annular basins that have previously been passed through can be pumped back.
  • a scraper bridge rotatably mounted on the distributor structure should be arranged in the sedimentation basin.
  • a pump device for activated sludge deposited in the sedimentation basin is provided on the scraper bridge, which is connected to a pipeline that leads to one or more annular basins.
  • the activated sludge can thus be partially returned to the anaerobic basin or to the denitrification basin or the nitrification basin, as the method provides.
  • a pump device for activated sludge deposited in the sedimentation basin can also be provided outside the scraper bridge, which is connected to the distributor structure via a pipeline.
  • FIG. 1 shows the construction according to the invention of a plant for the biological treatment of waste water, which consists of a centrally arranged sedimentation basin 1 and the anaerobic basin 2, denitrification basin 3 and nitrification basin 4 concentrically surrounding this sedimentation basin 1.
  • all of the basins are built on a continuous flat sole 5.
  • the waste water is introduced into the ring-shaped anaerobic basin 2 via an inlet channel 6.
  • the raw wastewater can also be passed into the denitrification basin 3 or the nitrification basin 4.
  • Corresponding slides 7, 8 are provided in the inlet channel 6 for this purpose.
  • the anaerobic basin 2 can be covered for the purpose of odor control by plastic plates, not shown here in the drawing.
  • the wastewater introduced into the anaerobic tank 2 circulates in the anaerobic tank 2 after the return sludge from the sedimentation tank 1 has been fed to it.
  • the propulsion devices arranged to maintain the flow are only indicated schematically here. The arrows indicate the direction of circulation in the individual pools.
  • the anaerobic basin 2 receives raw sewage and return sludge
  • the sewage-sludge mixture runs over a first overflow edge 7 into the (middle) denitrification basin 3.
  • An anoxic environment prevails in the denitrification basin 3.
  • the inflowing water-sludge mixture and the activated nitrate-containing activated sludge-waste water mixture (recirculation) returned from the next process stage are circulated without oxygen being introduced.
  • the wastewater / sludge mixture overflowing from the denitrification basin 3 via an overflow edge 10 now reaches the nitrification basin 4.
  • the oxidation of the nitrogen compounds is to take place in the nitrification basin 4.
  • three aeration devices 11 are arranged along the circulation in the nitrification basin 4, which supply the necessary oxygen to the sewage-sludge mixture.
  • the end The wastewater / sludge mixture overflowing with the nitrification basin 4 finally passes via an overflow edge 12 into a shaft 13, from which it flows via a culvert line 15 only indicated here into a distributor structure 16 and from there finally into the sedimentation basin 1.
  • an enlargement of the nitrification zone is possible by putting an aeration device 11 additionally arranged in the denitrification basin 3 into operation.
  • the deposited biological sludge can then be sucked out of the sedimentation basin 1 by means of pumps 21 attached to the scraper bridge as return sludge.
  • the return sludge is returned to the anaerobic basin 2 and, depending on the process conditions, possibly also into the denitrification basin 2.
  • the cleaned wastewater is finally discharged from the sedimentation basin 1 via a concentrically running drainage channel 22 and a pipeline 23 only indicated in the drawing and can then be fed to a receiving water.
  • the anaerobic basin 2, denitrification basin 3 and nitrification basin 4 arranged in a ring around the sedimentation basin 1 have dimensions such that a plug flow is maintained in these basins at all times during operation of the system.
  • the biological conversion processes in activated sludge tanks are concentration-dependent, ie the higher the concentration of dirt in the wastewater, the higher the degradation capacity of the microorganisms in the activated sludge. It must therefore be prevented if possible that the concentration due to backmixing decreased in a pool. The most effective way to do this is to maintain plug flow in the pool. While the usual short tanks with a long flow time behave more like tanks with total mixing, the tanks according to the invention come very close to the principle of plug flow due to their great length and high flow rate.
  • the dispersion number can be between two extremes: DZ -> oo: total mixing system DZ -> 0: Theoretical plug flow
  • the latter means that the length and the flow rate must be made as large as possible in order to approach the plug flow.
  • a conventional four-cascade basin with a flow rate Q of 5,500 m3 / h is compared below with a wastewater system constructed in accordance with the invention:
  • the flow rate should not be reduced below 0.15 m / s, since only at a sufficiently high flow rate is it guaranteed that the sludge is kept in suspension and cannot settle.
  • the properties of the activated sludge with regard to the selection of suitable microorganisms are also positively influenced by the plug flow.
  • the solution according to the invention is essentially a series of cascades (endless cascades), whereby an additional improvement in the sludge index by 20% - 40% can be achieved.

Abstract

Die bekannten Anlagen zur biologischen Aufbereitung von Abwasser erfordern einen erheblichen Bauaufwand durch die Segmentierung in viele Einzelbecken. Jedes Becken muß außerdem mit einer eigenen Umwälzung ausgerüstet werden. Die Rückführung des nitrathaltigen Belebtschlamm-Abwasser-Gemisches sowie des Rücklaufschlamms aus dem Sedimentationsbecken erfordert aufwendige Rohranlagen mit entsprechend hohen Pumpleistungen, da lange Rohrleitungswege zu überwinden sind. Es wird hiermit nun eine Anlage angegeben, deren Bauaufwand gegenüber den bisher bekannten Anlagen bei außerdem verbessertem Wirkungsgrad erheblich reduziert ist. Bei dieser Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser, insbesondere kommunalem Abwasser, bei der das Abwasser nacheinander mehrere, nach speziellen Aufgabenstellungen getrennte Becken durchläuft, sind mindestens zwei ringförmige Becken (2; 3; 4) konzentrisch um ein kreisförmiges Sedimentationsbecken (1) angeordnet. Sämtliche Becken (1; 2; 3; 4) sind auf einer einzigen durchgehenden Beckensohle (5) aufgebaut und mittels Rohrleitungen (15; 19) oder Überläufen 9; 10) miteinander verbunden. Dabei kann mindestens ein ringförmiges Becken (2; 3; 4) in zwei Beckenabschnitte unterteilt sein, wobei ein Beckenabschnitt vom Abwasser an seiner Oberfläche entgegengesetzt zur Fließrichtung an der Beckensohle (5) durchflossen ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser, insbesondere kommunalem Abwasser, bei der das Abwasser nacheinander mehrere, nach speziellen Aufgabenstellungen getrennte Becken durchläuft.
  • Die üblichen Abwasseraufbereitungsanlagen, siehe z.B. Weitergehende Abwasserreinigung, Lehrbriefsammlung /herausgegeben von Jürgen Bever u.a., R. Oldenbourg Verlag GmbH, München, 1993, bestehen aus mehreren kaskadenartig hintereinanderliegenden, rechteckförmigen Belebtschlammbecken und nachgeordneten separaten Sedimentationsbecken, die eine Kreis- oder Rechteckform aufweisen können.
  • Das zu behandelnde Abwasser gelangt zunächst in eine anaerobe Zone, in der eine Eliminierung von Kohlenstoff- und Phosphorverbindungen erfolgt.
  • In den beiden nachgeordneten Stufen erfolgt eine weitere Elimination der Kohlenstoffverbindungen und die Elimination von Stickstoff. Die Stickstoffelimination geschieht in zwei Stufen in einer Denitrifikations- und einer Nitrifikationszone. In der Denitrifikationszone wird das Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch unter anoxischen Bedingungen umgewälzt, d.h. es erfolgt kein Sauerstoffeintrag. Die organischen Substanzen werden von den Mikroorganismen beim Vorhandensein von Nitrat als Sauerstofflieferant zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Der bei diesem Prozeß außerdem entstehende molekulare Stickstoff entweicht aus dem Wasser in die Atmosphäre.
  • Da in kommunalen Abwässern der Stickstoff zum überwiegenden Teil als Ammonium vorliegt, ist ein weiterer Beckenabschnitt erforderlich, in dem unter Sauerstoffeintrag eine wiederum durch Mikroorganismen bewirkte Stoffumwandlung des Ammoniums in Nitrat vorgenommen wird. Das nitrathaltige BelebtschlammAbwasser-Gemisch wird zur Denitrifikation in die vorgelagerte Denitrifikationszone zurückgeführt.
  • In einem abschließenden vierten Beckenteil wird der Belebtschlamm sedimentiert, mittels der Räumerbrücke geräumt und in die anaerobe Zone bzw. die Denitrifikationszone zurückgeleitet. Der überschüssige Schlammzuwachs (Überschußschlamm) wird aus dem System entfernt.
  • Da der Stoffumsatz der Mikororganismen konzentrationsabhängig ist, ist in den jeweiligen Behandlungszonen eine möglichst hohe Konzentration, d.h. eine möglichst geringe Rückvermischung, anzustreben. Die Behandlungszonen sind deshalb in jeweils mehrere Behandlungsabschnitte, d. h. mehrere kleine Becken, mit steigendem Verdünnungsgrad der zu eliminierenden Substanzen unterteilt.
  • Die geschilderte Bauweise erfordert einen erheblichen Bauaufwand durch die Segmentierung in viele Einzelbecken. Jedes Becken muß außerdem mit einer eigenen Umwälzung ausgerüstet werden. Die Rückführung des nitrathaltigen Belebtschlamm-Abwasser-Gemisches sowie des Rücklaufschlamms aus dem Sedimentationsbecken erfordert aufwendige Rohranlagen mit entsprechend hohen Pumpleistungen, da lange Rohrleitungswege zu überwinden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, deren Bauaufwand gegenüber den bisher bekannten Anlagen bei außerdem verbessertem Wirkungsgrad erheblich reduziert ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei ringförmige Becken konzentrisch um ein kreisförmiges Sedimentationsbecken angeordnet und sämtliche Becken auf einer einzigen durchgehenden Beckensohle aufgebaut und mittels Rohrleitungen oder Überläufen miteinander verbunden sind.
  • Die Bauweise wird mit der Erfindung in entscheidendem Maße vereinfacht, da nach dem Gießen einer einzigen flachen Beckensohle ohne Trichter im wesentlichen lediglich Trennwände für die einzelnen Becken errichtet werden müssen. Für die nötigen Rohrverbindungen zwischen den einzelnen Becken sind nur kurze Längen erforderlich, da alle Becken unmittelbar bzw. nahe benachbart sind, während bei den bisher bekannten Anlagen allein die Rohrleitung zur Rezirkulation erhebliche Längen erreicht. Es lassen sich deshalb in nicht geringem Maße Baukosten sparen.
  • Durch die kreisförmige Ausbildung der Becken wird zur Aufrechterhaltung der Strömung sowie der Turbulenz auch deutlich weniger Energie verbraucht.
  • In vorteilhafter Weise kann die Anlage erfindungsgemäß so ausgeführt sein, daß mindestens ein ringförmiges Becken in zwei Beckenabschnitte unterteilt ist, wobei ein Beckenabschnitt vom Abwasser an seiner Oberfläche entgegengesetzt zur Fließrichtung an der Beckensohle durchflossen ist. Dieses Becken ist zu diesem Zweck mit radialen Trennwänden versehen.
  • In jedem Falle wird durch die beschriebene Bauweise in den das Sedimentationsbecken umgebenden Becken eine gerichtete Pfropfenströmung aufrechterhalten. Mit einer Pfropfenströmung wird die höchste biologische Abbauleistung gewährleistet, wie weiter unten noch näher erklärt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein ringförmiges Becken erfindungsgemäß mit mindestens einer Belüftungsanlage ausgerüstet. Dieses Becken dient dann der Nitrifikation des Abwassers durch einen hohen Sauerstoffeintrag.
  • Sind mehrere Becken mit einer Belüftungsanlage ausgerüstet, kann die Nitrifikationszone, wenn nötig, erweitert werden. Als Belüftungseinrichtung kann sowohl eine Druckluftbelüftungsanlage als auch eine andere übliche Belüftungsanlage wie eine Injektorbelüftungsanlage, eine Walzenbelüftungsanlage oder eine Membranbelüftungsanlage dienen.
  • In vorteilhafter Weise kann die Anlage erfindungsgemäß so ausgeführt sein, daß in mindestens einem ringförmigen Becken mindestens eine Propulsionseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Strömung angeordnet ist.
  • Die Belüftungseinrichtungen können an einzelnen Abschnitten konzentriert oder längs des Beckenumfanges verteilt angeordnet sein. Infolge der Überlagerung der eingebrachten Luft mit der horizontalen Strömung wird eine genügende Turbulenz erreicht. Die Belüftungseinrichtungen können in Zeiten geringer Sauerstoffzehrung ( z. B. Nachtbetrieb) abgeschaltet werden.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt der Zulauf des Abwassers erfindungsgemäß über eine Einlaufrinne, die zu einem der ringförmigen Becken führt.
  • Die Einlaufrinne kann vorteilhaft mit einem oder mehreren Schiebern versehen sein, die jeweils den Zulauf des Abwassers in das oder die weiteren ringförmigen Becken ermöglichen. Je nach den Verfahrensbedingungen kann so an Kohlenstoffverbindungen reiches Rohabwasser in das Anaerob- und/oder das Denitrifikations- bzw. das Nitrifikationsbecken hinzugemischt werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Überführung des Abwassers vom zuletzt durchlaufenen ringförmigen Becken zum Sedimentationsbecken durch eine Dükerleitung, die in einem im Sedimentationsbecken zentral angeordneten Verteilerbauwerk mündet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine Pumpeinrichtung vorgesehen, mit der das Abwasser aus dem zuletzt durchlaufenen ringförmigen Becken in das oder die weiteren vorher durchlaufenen ringförmigen Becken zurückgepumpt werden kann.
  • In an sich bekannter und bewährter Weise sollte im Sedimentationsbecken eine am Verteilerbauwerk drehber gelagerte Räumerbrücke angeordnet sein.
  • In vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß an der Räumerbrücke eine Pumpeinrichtung für im Sedimentationsbecken abgesetzten Belebtschlamm vorgesehen, die mit einer Rohrleitung verbunden ist, die zu einem oder mehreren ringförmigen Becken führt. Der Belebtschlamm kann somit teilweise in das Anaerobbecken oder in das Denitrifikationsbecken bzw. das Nitrifikationsbecken zurückgeführt werden, wie es das Verfahren vorsieht.
  • Alternativ dazu kann erfindungsgemäß auch eine Pumpeinrichtung für im Sedimentationsbecken abgesetzten Belebtschlamm außerhalb der Räumerbrücke vorgesehen sein, die über eine Rohrleitung mit dem Verteilerbauwerk verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Anlage zur biologischen Behandlung von Abwasser soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erklärt werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Anlage in Draufsicht und
    Fig. 2
    einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Anlage gemäß der Line A-A in Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau einer Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser, die aus einem zentral angeordneten Sedimentationsbecken 1 und den dieses Sedimentationsbecken 1 jeweils konzentrisch umgebenden Anaerobbecken 2, Denitrifikationsbecken 3 und Nitrifikationsbecken 4 besteht. Wie Fig. 2 zeigt, sind sämtliche Becken auf einer durchgehenden ebenen Sohle 5 aufgebaut. Durch die kreisförmige, konzentrische Anordnung der nötigen Trennwände und die gegenüber der herkömmlichen Bauweise fehlende Segmentierung innerhalb der Beckenbereiche wird die geringstmögliche grundflächenspezifische Länge der Trennwände und damit die geringstmögliche Menge an Baustoffen (Beton) benötigt.
  • Über eine Einlaufrinne 6 wird das Abwasser in das ringfömige Anaerobbecken 2 eingeleitet. Je nach den Verfahrensbedingungen kann das Rohabwasser auch in das Denitrifikationsbecken 3 oder das Nitrifikationsbecken 4 geleitet werden. In der Einlaufrinne 6 sind hierzu entsprechende Schieber 7, 8 vorgesehen. Das Anaerobbecken 2 kann zum Zweck der Geruchsbekämpfung durch hier in der Zeichnung nicht gezeigte Kunststoffplatten abgedeckt werden. Das in das Anaerobbecken 2 eingeleitete Abwasser läuft im Anaerobbecken 2 kreisförmig um, nachdem ihm der Rücklaufschlamm aus dem Sedimentationsbecken 1 zugeführt wurde. Die zur Aufrechterhaltung der Strömung angeordneten Propulsionseinrichtungen sind hier nur schematisch angedeutet. Die Pfeile weisen auf die Umlaufrichtung in den einzelnen Becken hin.
  • In dem Maße wie dem Anaerobbecken 2 Rohabwasser und Rücklaufschlamm zuläuft, läuft das Abwasser-Schlamm-Gemisch über eine erste Überlaufkante 7 in das (mittlere) Denitrifikationsbecken 3 über. Im Denitrifikationsbecken 3 herrscht ein anoxisches Milieu. Hier werden das zufließende Wasser-Schlamm-Gemisch und aus der nächsten Verfahrensstufe zurückgeführtes nitrathaltiges Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch (Rezirkulation) ohne Sauerstoffeintrag umgewälzt.
  • Das aus dem Denitrifikationsbecken 3 über eine Überlaufkante 10 überlaufende Abwasser-Schlamm-Gemisch gelangt nun in das Nitrifikationsbecken 4. Im Nitrifikationsbecken 4 soll die Oxidation der Stickstoffverbindungen erfolgen. Zu diesem Zweck sind entlang des Umlaufs im Nitrifikationsbecken 4 drei Belüftungseinrichtungen 11 angeordnet, die dem Abwasser-Schlamm-Gemisch den nötigen Sauerstoff zuführen. Das aus dem Nitrifikationsbecken 4 überlaufende Abwasser-Schlamm-Gemisch gelangt schließlich über eine Überlaufkante 12 in einen Schacht 13, aus dem es über eine hier nur angedeutete Dükerleitung 15 in ein Verteilerbauwerk 16 und von dort schließlich in das Sedimentationsbecken 1 fließt.
  • Mittels der Pumpen 17, 18 ist eine Zurückleitung in das Anaerobbecken 2 oder das Denitrifikationsbecken 3 (Rezirkulation) möglich.
  • Eine Erweiterung der Nitrifikationszone ist, wenn erforderlich, dadurch möglich, daß eine zusätzlich im Denitrifikationsbecken 3 angeordnete Belüftungseinrichtung 11 in Betrieb genommen wird.
  • Aus dem Sedimentationsbecken 1 kann der abgesetzte biologische Schlamm dann mittels an der Räumerbrücke angebrachter Pumpen 21 als Rücklaufschlamm abgesaugt werden. Der Rücklaufschlamm wird in das Anaerobbecken 2 und je nach den Verfahrensbedingungen möglicherweise auch in das Denitrifikationsbecken 2 zurückgeleitet. Hierzu dient eine wiederum nur angedeutete Rohrleitung 19, die zu einem Schacht 20 führt. Das gereinigte Abwasser wird schließlich aus dem Sedimentationsbecken 1 über eine konzentrisch verlaufende Ablaufrinne 22 und eine in der Zeichnung nur angedeutete Rohrleitung 23 nach außen abgeführt und kann dann einem Vorfluter zugeleitet werden.
  • Die ringförmig um das Sedimentationsbecken 1 angeordneten Anaerobbecken 2, Denitrifikationsbecken 3 und Nitrifikationsbecken 4 haben solche Abmessungen, daß in diesen Becken beim Betrieb der Anlage jederzeit eine Pfropfenströmung aufrechterhalten wird. Die biologischen Umsetzungsprozesse in Belebtschlammbecken sind konzentrationsabhängig, d.h. je höher die Konzentration der Schmutzanteile im Abwasser, desto höher ist die Abbauleistung der Mikroorganismen im Belebtschlamm. Es muß deshalb nach Möglichkeit verhindert werden, daß sich die Konzentration infolge Rückvermischung in einem Becken verringert. Dies geschieht am wirkungsvollsten bei Aufrechterhaltung einer Pfropfenströmung in den Becken. Während die üblichen kurzen Becken mit langer Fließzeit sich eher wie Becken mit totaler Vermischung verhalten, kommen die erfindungsgemäßen Becken dem Prinzip der Pfropfenströmung durch ihre große Länge und hohe Fließgeschwindigkeit sehr nahe.
  • Die Vorteile der Pfropfenströmung werden z. B. in der oben zitierten Literaturstelle folgendermaßen beschrieben:
  • "Kurze Becken mit langer Fließzeit verhalten sich eher wie totale Mischbecken. Will man der Pfropfenströmung näher kommen, so muß man die Länge groß und die Durchflußzeit kurz machen."
  • Die Vorgänge der Pfropfenströmung lassen sich gut mit dem Dispersionsmodell beschreiben.
  • Die Dispersionszahl (dimensionslos) DZ = D/(v x L) = D x t/L2
    Figure imgb0001
     beschreibt das Mischungsverhalten des gesamten Beckens.
    • D (m2/s)
    Dispersionskoeffizient
    v (m/s)
    theoretische Fließgeschwindigkeit (Q/A)
    A (m2)
    Beckenquerschnitt
    L (m)
    Beckenlänge
  • Die Dispersionszahl kann zwischen zwei Extremen liegen:
    DZ -> oo : Totales Mischsystem
    DZ -> 0 : Theoretische Pfropfenströmung
  • Letzteres bedeutet, wie bereits erwähnt, daß die Länge und die Fließgeschwindigkeit möglichst groß zu machen sind, um der Pfropfenströmung nahezukommen.
  • Nachfolgend wird ein herkömmliches Vierkaskadenbecken mit einer Durchflußmenge Q von 5.500 m3/h mit einer erfindungsgemäß aufgebauten Abwasseranlage verglichen:
  • Bei Abmessungen der Kaskadenbecken von
    Länge L = 18 m
    Breite B = 15 m
    Tiefe T = 5 m
    ergibt sich ein
    Beckenquerschnitt A = 15 x 5 = 75 m2
    und eine Fließgeschwindigkeit von
    v = Q/(A x 3.600) = 0,02 m/s
    und damit für die Beschreibung der Durchmischung charakteristische Dispersionszahl zu DZ = D/(v x L) = 2,78 x D.
    Figure imgb0002
  • Im Gegensatz dazu wird bei einem ringförmigen Becken gemäß der Erfindung bei einer Breite von 2,00 m und einer Tiefe von 4,5 m bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,3 m/s und der mittleren abgewickelten Länge des Beckens von ca. 150 m eine Dispersionszahl von DZ = 0,022 x D
    Figure imgb0003
     erreicht.
  • Die Vergleichsrechnung zeigt, daß die Strömungsverhältnisse beim erfindungsgemäßen Becken theoretisch der Pfropfenströmung um den Faktor 2,78/0,022 = 126 näher kommen als eine erfahrungsgemäß bereits sehr günstige Kaskadenlösung. Bei höherer mittlerer Länge (äußeres Becken) kann dieser Faktor noch höher sein.
  • Die Fließgeschwindigkeit sollte nicht unter 0,15 m/s abgesenkt werden, da nur bei einer genügend hohen Fließgeschwindigkeit gewährleistet ist, daß der Schlamm in Schwebe gehalten wird und sich nicht absetzen kann.
  • Durch die Pfropfenströmung werden auch die Eigenschaften des Belebtschlammes hinsichtlich der Selektion geeigneter Mikroorganismen positiv beeinflußt.
  • Es handelt bei der erfindungsgemäßen Lösung quasi um eine Aneinanderreihung von Kaskaden (Endloskaskaden), wodurch eine zusätzliche Verbesserung des Schlammindexes um 20% - 40% erreicht werden kann.

Claims (15)

  1. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser, insbesondere kommunalem Abwasser, bei der das Abwasser nacheinander mehrere, nach speziellen Aufgabenstellungen getrennte Becken durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei ringförmige Becken (2; 3; 4) konzentrisch um ein kreisförmiges Sedimentationsbecken (1) angeordnet und sämtliche Becken (1; 2; 3; 4) auf einer einzigen durchgehenden Beckensohle (5) aufgebaut und mittels Rohrleitungen (15; 19) oder Überläufen 9; 10) miteinander verbunden sind.
  2. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ringförmiges Becken (2; 3; 4) in zwei Beckenabschnitte unterteilt ist, wobei ein Beckenabschnitt vom Abwasser an seiner Oberfläche entgegengesetzt zur Fließrichtung an der Beckensohle (5) durchflossen ist.
  3. Anlage zur biologischen Aufbereitung zum Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ringförmiges Becken (2; 3; 4) mit mindestens einer Belüftungsanlage (11) ausgerüstet ist.
  4. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem ringförmigen Becken (2; 3; 4) mindestens eine Propulsionseinrichtung zur Aufrechterhaltung der Strömung angeordnet ist.
  5. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsanlage (11) eine Druckluftbelüftungsanlage ist.
  6. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsanlage (11) eine Injektorbelüftungsanlage ist.
  7. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsanlage (11) eine Walzenbelüftungsanlage ist.
  8. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsanlage (11) eine Membranbelüftungsanlage ist.
  9. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zulauf des Abwassers eine Einlaufrinne (6) vorgesehen ist, die zu einem der ringförmigen Becken (2; 3; 4) führt.
  10. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufrinne (6) mit einem oder mehreren Schiebern (7; 8) versehen ist, die jeweils den Zulauf des Abwassers in das oder die weiteren ringförmigen Becken (2; 3; 4) ermöglichen.
  11. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des Abwassers vom zuletzt durchlaufenen ringförmigen Becken (2; 3; 4) zum Sedimentationsbecken (1) durch eine Dükerleitung (15) erfolgt, die in einem im Sedimentationsbecken (1) zentral angeordneten Verteilerbauwerk (16) mündet.
  12. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Pumpeinrichtung (17; 18) vorgesehen ist, mit der das Abwasser aus dem zuletzt durchlaufenen ringförmigen Becken (2; 3; 4) in das oder die weiteren vorher durchlaufenen ringförmigen Becken (2; 3; 4) zurückgepumpt werden kann.
  13. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sedimentationsbecken (1) eine am Verteilerbauwerk (16) drehbar gelagerte Räumerbrücke (14) angeordnet ist.
  14. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Räumerbrücke (14) eine Pumpeinrichtung (21) für im Sedimentationsbecken (1) abgesetzten Belebtschlamm vorgesehen ist, die mit einer Rohrleitung (19) verbunden ist, die zu einem oder mehreren ringförmigen Becken führt.
  15. Anlage zur biologischen Aufbereitung von Abwasser nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpeinrichtung für im Sedimentationsbecken (1) abgesetzten Belebtschlamm außerhalb der Räumerbrücke (14) vorgesehen ist, die über eine Rohrleitung mit dem Verteilerbauwerk verbunden ist.
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